大气湍流像差对单模光纤耦合效率的仿真与实验研究

"大气湍流像差对单模光纤耦合效率的影响分析及实验研究" 这篇研究主要探讨了大气湍流对空间激光到单模光纤（SMF）耦合效率的影响以及如何通过自适应光学系统进行校正。在光通信领域，自由空间激光通信是一种重要的通信方式，而将空间激光有效地耦合进单模光纤是其关键技术。文章在Matlab环境下进行了仿真，模拟了单项波前像差和大气湍流像差对耦合效率的效应。 研究表明，单项波前像差的均方根（RMS）增大时，SMF的耦合效率会随之降低。大气湍流导致的像差，尤其是倾斜像差，显著影响耦合效率。当湍流强度参数D/r0较小时，倾斜像差成为主要影响因素。为解决这一问题，研究中引入了随机并行梯度下降（SPGD）算法，用于校正大气湍流引起的整体倾斜像差。 通过建立基于SPGD算法的闭环控制系统，结合自适应光纤耦合器（AFC），实验结果显示，能够有效改善耦合效率。在模拟湍流倾斜像差校正后，SMF的平均耦合效率从30.07%提升到了61.72%，耦合效率的均方误差（MSE）也从7.28%降低到2.16%。这些发现对于优化自由空间激光通信系统的性能具有重要意义，为提高通信质量和稳定性提供了理论依据和技术支持。 关键词涉及的领域包括光通信、光纤耦合、大气湍流像差、自适应光纤耦合器和随机并行梯度下降算法。该研究的成果不仅加深了我们对大气湍流对光通信影响的理解，也为实际应用中的自适应光学系统设计和优化提供了理论基础。